17-18版高中物理《优化设计》必修2学案：第6章+万有引力与航天+第2节+Word版含答案【KS5U+高考】

万有引力的两大疑难问题一、【教材分析及在高考中的地位】本节课有两个模块，卫星的变轨和同步卫星、近地卫星、赤道上的物体的线速度，加速度的比较，学生在之前已经学习了平抛运动、圆周运动和向心力等知识以及万有引力定律为本节课的学习做好铺垫，重点讲述人造卫星的发射原理、人造卫星绕地球做圆周运动的动力学原因和人造卫星的运行问题。

人造卫星是万有引力定律在天文学上应用的一个实例，是人类征服自然的见证，体现了知识的力量，是学生学习、了解现代科技知识的一个极好素材。

本节课与社会生活有着密切的联系，如气象卫星与天气预报，卫星定位系统与自动导航汽车等，更值得大家瞩目的是近年来我国的航天事业取得了辉煌的成绩，所以本节课具有广泛的现实意义和科研价值，而且也很有可能在近三年的高考中成为热点。

二、【学情分析】1、学生已经基本掌握万有引力定律和圆周运动的知识；2、学生的综合分析能力还比较的弱。

3、设计重趣味性与知识性的结合。

三、【教学重点】1、卫星变轨原理。

2、近地卫星、同步卫星、赤道上的物体的比较。

四、【教学难点】打破原来的供需关系，让卫星实现离心运动或近心运动，从而达到变轨的目的。

五、【学习目标】1、通过新课引入，调动起学生的学习兴趣和积极性。

2、通过教师精讲与小组合作学习知道卫星变轨的基本思路和应用。

3、通过小组讨论和总结掌握分析近地卫星，同步卫星，赤道上的物体的比较。

六、【探究案】新课引入探究一、卫星变轨卫星变轨概念：由于技术上的需要，有时要在适当的位置短时间启动卫星上的发动机，使卫星的速度发生突变，让其运行轨道发生改变，最终到达预定的目标。

小组合作学习（一）问题1、卫星从轨道1上的P点转移到轨道2上做的是（）运动，需要改变卫星的（），所以经过P点的速度V p1、速度V p2的大小关系是（）。

问题2、卫星从2轨道上的近地点P点向远地点Q点运动的过程中，卫星的速度（），经过P点的速度V p2和经过Q点的速度V Q2的大小关系是（）。

2018高中物理第六章万有引力与航天2 破解神秘的万有引力定律学案新人教版必修2编辑整理：尊敬的读者朋友们：这里是精品文档编辑中心，本文档内容是由我和我的同事精心编辑整理后发布的，发布之前我们对文中内容进行仔细校对，但是难免会有疏漏的地方，但是任然希望（2018高中物理第六章万有引力与航天2 破解神秘的万有引力定律学案新人教版必修2）的内容能够给您的工作和学习带来便利。

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破解神秘的万有引力定律一、考点突破 知识点 考纲要求 题型分值 万有引力定律 理解万有引力定律 会用万有引力定律计算选择题 解答题6～10分一、万有引力定律1. 内容：宇宙间的一切物体都是互相吸引的，两个物体间的引力大小，跟它们的质量的乘积成正比，跟它们的距离的平方成反比。

2。

公式:122=m mF G r，其中11226.6710N m /kg G -=⨯⋅，称为引力常量。

3。

适用条件:严格地说公式只适用于质点间的相互作用,当两个物体间的距离远远大于物体本身的大小时,公式也可近似使用，但此时r 应为两物体重心间的距离。

对于均匀的球体，r 是两球心间的距离。

二、对万有引力公式的几点说明1。

式中的质量的单位用kg ，距离的单位用m ，力的单位用N ，G 是比例系数，叫做引力常量,11226.6710N m /kg G -=⨯⋅,G 在数字上等于两个质量都是1kg 的质点相距1m 时相互作用力的大小。

2。

自然界中一般的物体间的万有引力很小（远小于地球与物体间的万有引力和物体间的其他力），因而可以忽略不计,但考虑天体运动和人造卫星运动的问题时，必须考虑万有引力，这种情况下万有引力非常大，且正是这个万有引力提供了天体和卫星做匀速圆周运动所需的向心力。

6.5宇宙航行高考理综物理模拟试卷注意事项：1. 答题前，考生先将自己的姓名、准考证号填写清楚，将条形码准确粘贴在考生信息条形码粘贴区。

2．选择题必须使用2B铅笔填涂；非选择题必须使用0.5毫米黑色字迹的签字笔书写，字体工整、笔迹清楚。

3．请按照题号顺序在各题目的答题区域内作答，超出答题区域书写的答案无效；在草稿纸、试题卷上答题无效。

4．保持卡面清洁，不要折叠，不要弄破、弄皱，不准使用涂改液、修正带、刮纸刀。

一、单项选择题1．如图所示，光滑细杆BC和AC构成直角三角形ABC，其中AC杆竖直，BC杆和AC杆间的夹角θ=37°，两根细杆上分别套有可视为质点的小球P、Q质量之比为1︰2．现将P、Q两个小球分别从杆AC和BC的项点由静止释放，不计空气阻力，sin37°=0.6。

则P、Q两个小球由静止释放后到运动至C点的过程中，下列说法正确的是A．重力的冲量之比为1︰1 B．重力的冲量之比为5︰6C．合力的冲量之比为5︰8 D．合力的冲量之比为5︰22．如图所示，电源电动势E=12V，内阻r=1.0Ω，电阻R1=4.0Ω，R2=7.5Ω，R3=5.0Ω，电容器的电容C=10μF，闭合开关S，电路达到稳定后电容器的电荷量为（）A．B．C．D．3．某电场的电场线如图所示，M、N两点相距为d，则（）A．M点场强小于N点场强B．M点电势低于N点电势C．正电荷在M点受到的电场力方向由M指向ND．若E为M点的场强，则M、N两点间电势差等于E·d4．一个从地面上竖直上抛的物体,它两次经过一个较低点A的时间间隔是5s,两次经过一个较高点B的间间隔是3s,则AB之间的距离A．20m B．40m C．80m D．初速度未知,无法确定5．某示波管在偏转电极XX′、YY′上不加偏转电压时光斑位于屏幕中心。

现给偏转电极XX′（水平方向）、YY′（竖直方向）加上如图（1）、（2）所示的偏转电压，则在光屏上将会看到下列哪个可能图形(圆为荧光屏，虚线为光屏坐标)( )A． B．C． D．6．如图所示，边长为L的正六边形ABCDEF的5条边上分别放置5根长度也为L的相同绝缘细棒。

高中物理必修二《万有引力与航天》精品教案(全章整理)行星运动的规律是由德国天文学家___发现的，他在对天文观测数据的分析中，总结出了三条行星运动定律。

1、椭圆轨道定律所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳处在椭圆的一个焦点上，而不是在圆心上，这个定律的发现，是人类认识宇宙的一个重大突破。

2、面积速度定律行星在椭圆轨道上的运动速度是不均匀的，但它在任意一段时间内所扫过的面积都是相等的。

这个定律揭示了行星运动的速度和轨道的形状之间的关系，是对行星运动规律的一种深刻认识。

3、调和定律___发现了一个有趣的规律，就是行星公转周期的平方与行星到太阳平均距离的立方成正比。

这个定律揭示了行星运动规律中，周期和轨道大小之间的关系，是对宇宙运动规律的一次重大发现。

三、行星运动的认识过程人们对行星运动的认识过程是漫长复杂的，真理是来之不易的。

从古至今，人们对行星运动的认识经历了地心说、___说、调和说等不同阶段，这些学说的提出和推翻，推动了人类认识宇宙的历史进程。

四、研究本节的意义学好本节有利于对宇宙中行星的运动规律的认识，掌握人类认识自然规律的科学方法，并有利于对人造卫星的研究。

通过本节的研究，能够更好地理解宇宙的奥秘，感悟科学是人类进步不竭的动力。

1.剔除格式错误和有问题的段落。

2.改写每段话，使其更加通顺、简洁。

___对___长期天文观察的结果进行了创造性的研究与思考。

他最初想用___的太阳系模型来解释火星的运行轨道，但与___的观测结果有8分的误差。

因此，他摒弃了天体匀速圆周运动的观点，从实际观测结果中寻找原则，并建立了开普勒定律，对行星的运动作出了更科学、更精确的描述，回答了“天体怎样运动？”的问题。

1.开普勒第一定律：所有行星分别在大小不同的椭圆轨道上围绕太阳运动，太阳位于这些椭圆的一个焦点上。

2.开普勒第二定律：太阳和行星的连线在相等的时间内扫过的面积相等。

3.开普勒第三定律：所有行星的椭圆轨迹的半长轴的三次方与公转周期的平方的比值都相等。

6.3 万有引力定律一、教学目标（一）知识和技能1.知道万有引力是一种普遍存在的力。

知道万有引力定律的发现过程，了解科学研究的一般过程。

2.知道万有引力定律的表达式，知道万有引力定律是平方比定律，知道G的含义。

3.了解卡文迪许实验中扭秤的测量微小力的巧妙构思，知道卡文迪许实验的意义在于直接验证万有引力定律。

（二）过程和方法1.以学习万有引力定律为载体，培养学生搜集、组织信息的能力，掌握理论探究的基本方法。

2.以学习万有引力定律为载体，通过展现思维程序“提出问题→猜想与假设→理论分析→实验观测→验证结论”培养学生探究思维能力。

3. 认识物理模型、理想实验和数学工具在物理学发展过程中的作用。

（三）情感、态度和价值观1.领略自然界的奇妙与和谐，蕴涵其中的规律之简洁，发展对科学的好奇心与求知欲。

2.体验牛顿在前人基础上发现万有引力的思考过程，说明科学研究的长期性、连续性、艰巨性，体现科学精神与人文精神的结合。

二、学情分析教学对象分析：本节课的教学对象为高一年级学生。

本节课使用的教材是人民教育出版社出版的普通高中课程标准实验教科书——物理②（必修），第六章第二、第三节的相关内容。

将这两节内容进行整合，有利于学生经历完整的探究过程。

这两节内容准备两课时完成，本节课主要是引领学生，用自己的手和脑，重新“发现”万有引力定律。

经历将近两个学期的高中学习，学生已经基本掌握了高中物理的学习方法，具有一定的抽象思维能力和概括能力。

另外，处于十七、八岁的他们，人生观、世界观正逐步形成，需要教师正确引导。

教学任务分析：本节课以天体运动为线索，通过猜想、建模、归纳、演绎、理想实验、检验等方法、运用牛顿运动定律、匀速圆周运动及向心力的知识，揭示万有引力定律。

通过对科学简史和科学人物的介绍，突出了万有引力的发现过程，体现了科学精神和人文精神的结合。

卡文迪许实验的介绍，说明任何科学发现都必须接受实验的验证。

教学设计思路：学生普遍感觉“万有引力”部分知识的学习为他们打开了探索宇宙的一扇天窗。

5宇宙航行[学习目标]1.知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度.2.认识同步卫星的特点.3.了解人造卫星的相关知识和我国卫星发射的情况以及人类对太空的探索历程.一、宇宙速度1.牛顿的设想：如图1所示，把物体水平抛出，如果速度足够大，物体就不再落回地面，它将绕地球运动，成为人造地球卫星.图12.三个宇宙速度二、梦想成真1.1957年10月4日苏联成功发射了第一颗人造地球卫星.2.1961年4月12日，苏联空军少校加加林进入“东方一号”载人飞船，铸就了人类进入太空的丰碑.3.1969年7月，美国“阿波罗11号”飞船登上月球.4.2003年10月15日，我国“神舟五号”宇宙飞船发射成功，把中国第一位航天员杨利伟送入太空.[即学即用]1.判断下列说法的正误.(1)第一宇宙速度是发射卫星的最小速度.(√) (2)人造地球卫星的最小绕行速度是7.9 km/s.(×)(3)要发射一颗人造地球卫星，发射速度必须大于16.7 km/s.(×)2.已知月球半径为R ，月球质量为M ，引力常量为G ，则月球的第一宇宙速度v ＝________. 答案GMR一、第一宇宙速度的理解与计算[导学探究] (1)不同天体的第一宇宙速度是否相同？第一宇宙速度的决定因素是什么？ (2)把卫星发射到更高的轨道上需要的发射速度越大还是越小？ 答案 (1)不同.由GMmR 2＝m v 2R 得，第一宇宙速度v ＝GMR，可以看出，第一宇宙速度的值取决于中心天体的质量M 和半径R ，与卫星无关.(2)越大.向高轨道发射卫星比向低轨道发射卫星困难，因为发射卫星要克服地球对它的引力. [知识深化]1.第一宇宙速度：第一宇宙速度是人造卫星近地环绕地球做匀速圆周运动的绕行速度.2.推导：对于近地人造卫星，轨道半径r 近似等于地球半径R ＝6 400 km ，卫星在轨道处所受的万有引力近似等于卫星在地面上所受的重力，取g ＝9.8 m/s 2，则3.推广由第一宇宙速度的两种表达式看出，第一宇宙速度的值由中心天体决定，可以说任何一颗行星都有自己的第一宇宙速度，都应以v ＝GMR或v ＝gR 表示，式中G 为引力常量，M 为中心天体的质量，g 为中心天体表面的重力加速度，R 为中心天体的半径. 4.理解(1)“最小发射速度”与“最大绕行速度”①“最小发射速度”：向高轨道发射卫星比向低轨道发射卫星困难，因为发射卫星要克服地球对它的引力.所以近地轨道的发射速度(第一宇宙速度)是发射人造卫星的最小速度. ②“最大绕行速度”：由G Mmr 2＝m v 2r 可得v ＝GMr，轨道半径越小，线速度越大，所以近地卫星的线速度(第一宇宙速度)是最大绕行速度. (2)发射速度与发射轨道①当7.9 km /s ≤v 发<11.2 km/s 时，卫星绕地球运动，且发射速度越大，卫星的轨道半径越大，绕行速度越小.②当11.2 km /s ≤v 发<16.7 km/s 时，卫星绕太阳旋转，成为太阳系一颗“小行星”. ③当v 发≥16.7 km/s 时，卫星脱离太阳的引力束缚跑到太阳系以外的空间中去.例1 我国发射了一颗绕月运行的探月卫星“嫦娥一号”.设该卫星的轨道是圆形的，且贴近月球表面.已知月球的质量约为地球质量的181，月球的半径约为地球半径的14，地球上的第一宇宙速度约为7.9 km/s ，则该探月卫星绕月运行的最大速率约为( ) A.0.4 km /s B.1.8 km/s C.11 km /s D.36 km/s答案 B解析 星球的第一宇宙速度即为围绕星球做圆周运动的轨道半径为该星球半径时的环绕速度，由万有引力提供向心力即可得出这一最大环绕速度. 卫星所需的向心力由万有引力提供， G Mmr 2＝m v 2r，得v ＝GMr， 又由M 月M 地＝181、r 月r 地＝14，故月球和地球上第一宇宙速度之比v 月v 地＝29，故v 月＝7.9×29 km /s ≈1.8 km/s ，因此B 项正确.例2 某人在一星球上以速率v 竖直上抛一物体，经时间t 后，物体以速率v 落回手中.已知该星球的半径为R ，求该星球的第一宇宙速度. 答案2v Rt解析 根据匀变速直线运动的规律可得，该星球表面的重力加速度为g ＝2vt ，该星球的第一宇宙速度即为卫星在其表面附近绕它做匀速圆周运动的线速度，该星球对卫星的引力(重力)提供卫星做圆周运动的向心力，则mg ＝m v 1 2R ，该星球的第一宇宙速度为v 1＝gR ＝2v Rt. 二、人造地球卫星 [导学探究]1. 如图2所示，圆a 、b 、c 的圆心均在地球的自转轴线上.b 、c 的圆心与地心重合，d 为椭圆轨道，且地心为椭圆的一个焦点.四条轨道中哪些可以作为卫星轨道？为什么？图2答案b、c、d轨道都可以.因为卫星绕地球做匀速圆周运动，万有引力提供向心力，而万有引力是始终指向地心的，故卫星做匀速圆周运动的向心力必须指向地心，因此b、c轨道都可以，a轨道不可以.卫星也可在椭圆轨道运行，故d轨道也可以.2.地球同步卫星的轨道在哪个面上？周期是多大？同步卫星的高度和轨道面可以任意选择吗？答案同步卫星是相对地面静止的卫星，必须和地球自转同步，也就是说必须在赤道面上，周期是24 h.由于周期一定，故同步卫星离地面的高度也是一定的，即同步卫星不可以任意选择高度和轨道面.[知识深化]1.人造地球卫星的轨道：卫星绕地球做匀速圆周运动时，由地球对它的万有引力充当向心力.因此卫星绕地球做匀速圆周运动的圆心必与地心重合，而这样的轨道有多种，其中比较特殊的有与赤道共面的赤道轨道和通过两极上空的极地轨道.当然也存在着与赤道平面呈某一角度的圆轨道.如图3所示.图32.地球同步卫星(1)定义：相对于地面静止的卫星，又叫静止卫星.(2)特点：①确定的转动方向：和地球自转方向一致；②确定的周期：和地球自转周期相同，即T＝24 h；③确定的角速度：等于地球自转的角速度；④确定的轨道平面：所有的同步卫星都在赤道的正上方，其轨道平面必须与赤道平面重合；⑤确定的高度：离地面高度固定不变(3.6×104 km)；⑥确定的环绕速率：线速度大小一定(3.1×103 m/s).例3关于地球的同步卫星，下列说法正确的是()A.同步卫星的轨道和北京所在纬度圈共面B.同步卫星的轨道必须和地球赤道共面C.所有同步卫星距离地面的高度不一定相同D.所有同步卫星的质量一定相同 答案 B解析 同步卫星所受向心力指向地心，与地球自转同步，故卫星所在轨道与赤道共面，故A 项错误，B 项正确；同步卫星距地面高度一定，但卫星的质量不一定相同，故C 、D 项错误.解决本题的关键是掌握同步卫星的特点：同步卫星定轨道(在赤道上方)、定周期(与地球的自转周期相同)、定速率、定高度.针对训练 (多选)我国“中星11号”商业通信卫星是一颗同步卫星，它定点于东经98.2度的赤道上空，关于这颗卫星的说法正确的是( ) A.运行速度大于7.9 km/sB.离地面高度一定，相对地面静止C.绕地球运行的角速度比月球绕地球运行的角速度大D.向心加速度与静止在赤道上物体的向心加速度大小相等 答案 BC解析 “中星11号”是地球同步卫星，距地面有一定的高度，运行速度要小于7.9 km/s ，A 错.其位置在赤道上空，高度一定，且相对地面静止，B 正确.其运行周期为24小时，小于月球的绕行周期27天，由ω＝2πT 知，其运行角速度比月球的大，C 正确.同步卫星与静止在赤道上的物体具有相同的角速度，但半径不同，由a n ＝rω2知，同步卫星的向心加速度大，D 错.1.(对宇宙速度的理解)(多选)下列关于三种宇宙速度的说法中正确的是( )A.第一宇宙速度v 1＝7.9 km /s ，第二宇宙速度v 2＝11.2 km/s ，则人造卫星绕地球在圆轨道上运行时的速度大于等于v 1，小于v 2B.美国发射的“凤凰号”火星探测卫星，其发射速度大于第三宇宙速度C.第二宇宙速度是在地面附近使物体可以挣脱地球引力束缚，成为绕太阳运行的人造行星的最小发射速度D.第一宇宙速度7.9 km/s 是人造地球卫星绕地球做圆周运动的最大运行速度 答案 CD 解析 根据v ＝GMr可知，卫星的轨道半径r 越大，即距离地面越远，卫星的环绕速度越小，v 1＝7.9 km/s 是人造地球卫星绕地球做圆周运动的最大运行速度，D 正确；实际上，由于人造卫星的轨道半径都大于地球半径，故卫星绕地球在圆轨道上运行时的速度都小于第一宇宙速度，选项A 错误；美国发射的“凤凰号”火星探测卫星，仍在太阳系内，所以其发射速度小于第三宇宙速度，选项B 错误；第二宇宙速度是使物体挣脱地球引力束缚而成为太阳的一颗人造行星的最小发射速度，选项C 正确.2.(对同步卫星的认识)下列关于我国发射的“亚洲一号”地球同步通讯卫星的说法，正确的是( )A.若其质量加倍，则轨道半径也要加倍B.它在北京上空运行，故可用于我国的电视广播C.它以第一宇宙速度运行D.它运行的角速度与地球自转角速度相同 答案 D解析 由G Mm r 2＝m v 2r 得r ＝GMv 2，可知轨道半径与卫星质量无关，A 错；同步卫星的轨道平面必须与赤道平面重合，即在赤道上空运行，不能在北京上空运行，B 错；第一宇宙速度是卫星在最低圆轨道上运行的速度，而同步卫星在高轨道上运行，其运行速度小于第一宇宙速度，C 错；所谓“同步”就是卫星保持与赤道上某一点相对静止，所以同步卫星的角速度与地球自转角速度相同，D 对.3.(第一宇宙速度的计算)若取地球的第一宇宙速度为8 km/s ，某行星的质量是地球质量的6倍，半径是地球半径的1.5倍，此行星的第一宇宙速度约为( ) A.16 km /s B.32 km/s C.4 km /s D.2 km/s答案 A4.(第一宇宙速度的计算)某星球的半径为R ，在其表面上方高度为aR 的位置，以初速度v 0水平抛出一个金属小球，水平射程为bR ，a 、b 均为数值极小的常数，则这个星球的第一宇宙速度为( ) A.2ab v 0 B.b a v 0 C.ab v 0D.a 2b v 0 答案 A解析 设该星球表面的重力加速度为g ，小球落地时间为t ，抛出的金属小球做平抛运动，根据平抛运动规律得aR ＝12gt 2，bR ＝v 0t ，联立以上两式解得g ＝2a v 0 2b 2R ，第一宇宙速度即为该星球表面卫星线速度，根据星球表面卫星重力充当向心力得mg ＝m v 2R ，所以第一宇宙速度v ＝gR ＝2a v 02b 2R R ＝2a b v 0，故选项A 正确.课时作业一、选择题(1～6为单项选择题，7～10为多项选择题)1.由于通讯和广播等方面的需要，许多国家发射了地球同步轨道卫星，这些卫星的( ) A. 质量可以不同 B. 轨道半径可以不同 C. 轨道平面可以不同 D. 速率可以不同答案 A解析 万有引力提供卫星做圆周运动的向心力GMm r 2＝m (2πT )2r ＝m v 2r ，解得周期T ＝2πr 3GM，环绕速度v ＝GMr，可见周期相同的情况下轨道半径必然相同，B 错误.轨道半径相同必然环绕速度相同，D 错误.同步卫星相对于地面静止在赤道上空，所有的同步卫星轨道运行在赤道上空同一个圆轨道上，C 错误.同步卫星的质量可以不同，A 正确.2.地球上相距很远的两位观察者，都发现自己的正上方有一颗人造卫星，相对自己静止不动，则这两位观察者的位置以及两颗人造卫星到地球中心的距离可能是( ) A.一人在南极，一人在北极，两卫星到地球中心的距离一定相等B.一人在南极，一人在北极，两卫星到地球中心的距离可以不等，但应成整数倍C.两人都在赤道上，两卫星到地球中心的距离一定相等D.两人都在赤道上，两卫星到地球中心的距离可以不等，但应成整数倍 答案 C解析 观察者看到的都是同步卫星，卫星在赤道上空，到地心的距离相等.3.2013年6月11日17时38分，“神舟十号”飞船在酒泉卫星发射中心发射升空，航天员王亚平进行了首次太空授课.在飞船进入离地面343 km 的圆形轨道环绕地球飞行时，它的线速度大小( ) A.等于7.9 km/sB.介于7.9 km /s 和11.2 km/s 之间C.小于7.9 km/sD.介于7.9 km /s 和16.7 km/s 之间 答案 C解析 卫星在圆形轨道上运行的速度v ＝GMr.由于轨道半径r ＞地球半径R ，所以v ＜ GMR＝7.9 km/s ，C 正确. 4.如图1所示为北斗导航系统的部分卫星，每颗卫星的运动可视为匀速圆周运动.下列说法错误的是( )图1A.在轨道运行的两颗卫星a 、b 的周期相等B.在轨道运行的两颗卫星a 、c 的线速度大小v a <v cC.在轨道运行的两颗卫星b 、c 的角速度大小ωb <ωcD.在轨道运行的两颗卫星a 、b 的向心加速度大小a a <a b 答案 D解析 根据万有引力提供向心力，得T ＝2πr 3GM，因为a 、b 的轨道半径相等，故a 、b 的周期相等，选项A 正确；因v ＝GMr，c 的轨道半径小于a 的轨道半径，故线速度大小v a <v c ，选项B 正确；因ω＝GMr 3，c 的轨道半径小于b 的轨道半径，故角速度大小ωb <ωc ，选项C 正确.因a ＝GMr 2，a 的轨道半径等于b 的轨道半径，故向心加速度大小a a ＝a b ，选项D 错误.5.星球上的物体脱离星球引力所需的最小速度称为该星球的第二宇宙速度，星球的第二宇宙速度v 2与其第一宇宙速度v 1的关系是v 2＝2v 1.已知某星球的半径为r ，表面的重力加速度为地球表面重力加速度g 的16，不计其他星球的影响，则该星球的第二宇宙速度为( )A.grB. 16gr C. 13gr D.13gr 答案 C解析 16mg ＝m v 12r得v 1＝16gr .再根据v 2＝2v 1得v 2＝ 13gr ，故C 选项正确. 6.假设地球的质量不变，而地球的半径增大到原来半径的2倍，那么地球的第一宇宙速度的大小应为原来的( ) A. 2 B.22 C.12D.2 答案 B解析 因第一宇宙速度即为地球的近地卫星的线速度，此时卫星的轨道半径近似的认为等于地球的半径，且地球对卫星的万有引力提供向心力.由G Mm R 2＝m v2R 得v ＝GMR，因此，当M 不变，R 增大为2R 时，v 减小为原来的22，选项B 正确. 7.关于第一宇宙速度，下列说法正确的是( )A.它是人造地球卫星绕地球飞行的最小速度B.它是近地圆形轨道上人造地球卫星的最大运行速度C.它是能使卫星进入近地圆形轨道的最小发射速度D.它是人造地球卫星绕地球飞行的最大环绕速度 答案 BCD解析 第一宇宙速度是从地球表面发射人造地球卫星的最小发射速度，是人造地球卫星绕地球飞行的最大环绕速度，也是近地圆形轨道上人造地球卫星的最大运行速度，选项B 、C 、D 正确，A 错误.8.一颗人造地球卫星以初速度v 发射后，可绕地球做匀速圆周运动，若使发射速度增大为2v ，则该卫星可能( ) A.绕地球做匀速圆周运动 B.绕地球运动，轨道变为椭圆 C.不绕地球运动，成为太阳的人造行星D.挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的宇宙 答案 CD解析 以初速度v 发射后能成为人造地球卫星，可知发射速度v 一定大于第一宇宙速度7.9 km /s ；当以2v 速度发射时，发射速度一定大于15.8 km/s ，已超过了第二宇宙速度11.2 km /s ，也可能超过第三宇宙速度16.7 km/s ，所以此卫星不再绕地球运行，可能绕太阳运行，或者飞到太阳系以外的宇宙，故选项C 、D 正确.9.我国在轨运行的气象卫星有两类，如图2所示，一类是极地轨道卫星——“风云1号”，绕地球做匀速圆周运动的周期为12 h ，另一类是地球同步轨道卫星——“风云2号”，运行周期为24 h.下列说法正确的是( )图2A.“风云1号”的线速度大于“风云2号”的线速度B.“风云1号”的向心加速度大于“风云2号”的向心加速度C.“风云1号”的发射速度大于“风云2号”的发射速度D.“风云1号”“风云2号”相对地面均静止 答案 AB解析 由r 3T 2＝k 知，风云2号的轨道半径大于风云1号的轨道半径.由G Mmr 2＝m v 2r ＝ma n 得v＝GM r ，a n ＝GMr2，r 越大，v 越小，a n 越小，所以A 、B 正确.把卫星发射的越远，所需发射速度越大，C 错误.只有同步卫星相对地面静止，所以D 错误.10.中俄曾联合实施探测火星计划，由中国负责研制的“萤火一号”火星探测器与俄罗斯研制的“福布斯—土壤”火星探测器一起由俄罗斯“天顶”运载火箭发射前往火星.由于火箭故障未能成功，若发射成功，且已知火星的质量约为地球质量的19，火星的半径约为地球半径的12.下列关于火星探测器的说法中正确的是( ) A.发射速度只要大于第一宇宙速度即可 B.发射速度只有达到第三宇宙速度才可以C.发射速度应大于第二宇宙速度且小于第三宇宙速度D.火星探测器环绕火星运行的最大速度约为地球第一宇宙速度的23答案 CD解析 火星探测器前往火星，脱离地球引力束缚，还在太阳系内，发射速度应大于第二宇宙速度、小于第三宇宙速度，选项A 、B 错误，C 正确；由GMmr 2＝m v 2r得，v ＝GMr.已知火星的质量约为地球质量的19，火星的半径约为地球半径的12，可得火星的第一宇宙速度与地球第一宇宙速度之比v 火v 地＝M 火M 地·R 地R 火＝ 19×21＝23，选项D 正确. 二、非选择题11.据报道：某国发射了一颗质量为100 kg 、周期为1 h 的人造环月卫星，一位同学记不住引力常量G 的数值，且手边没有可查找的资料，但他记得月球半径为地球半径的14，月球表面重力加速度为地球表面重力加速度的16，经过推理，他认定该报道是则假新闻，试写出他的论证方案.(地球半径约为6.4×103 km ，g 地取9.8 m/s 2) 答案 见解析解析 对环月卫星，根据万有引力定律和牛顿第二定律得GMm r 2＝m 4π2T 2r ，解得T ＝2πr 3GM则r ＝R 月时，T 有最小值，又GMR 月2＝g 月故T min ＝2πR 月g 月＝2π 14R 地16g 地＝2π 3R 地2g 地代入数据解得T min ≈1.73 h环月卫星最小周期为1.73 h ，故该报道是则假新闻.12.我国正在逐步建立同步卫星与“伽利略计划”等中低轨道卫星构成的卫星通信系统.(1)若已知地球的平均半径为R 0，自转周期为T 0，地表的重力加速度为g ，试求同步卫星的轨道半径R .(2)有一颗与上述同步卫星在同一轨道平面的低轨道卫星，自西向东绕地球运行，其运行半径为同步卫星轨道半径R 的四分之一，试求该卫星至少每隔多长时间才在同一地点的正上方出现一次.(计算结果只能用题中已知物理量的字母表示)答案 (1) 3gR 0 2T 0 24π2 (2)T 07解析 (1)设地球的质量为M ，同步卫星的质量为m ，运动周期为T ，因为卫星做圆周运动的向心力由万有引力提供，故G Mm R 2＝mR (2πT)2① 同步卫星的周期为T ＝T 0②而在地球表面，重力提供向心力， 有m ′g ＝G Mm ′R 02③ 由①②③式解得R ＝ 3gR 0 2T 0 24π2. (2)由①式可知T 2∝R 3，设低轨道卫星运行的周期为T ′，则T ′2T 2＝(R 4)3R 3，因而T ′＝T 08，设卫星至少每隔t 时间才在同一地点的正上方出现一次，根据圆周运动角速度与所转过的圆心角的关系θ＝ωt ，得2πT ′t －2πT 0t ＝2π，解得t ＝T 07，即卫星至少每隔T 07时间才在同一地点的正上方出现一次.。

授课班级：安排课时：6.1行星的运动三维教学目标1、学问与技能（1）知道地心说和日心说的基本内容；（2）知道全部行星绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳处在椭圆的一个焦点上；（3）知道全部行星的轨道的半长轴的三次方跟它的公转周期的二次方的比值都相等，且这个比值与行星的质量无关，但与太阳的质量有关；（4）理解人们对行星运动的相识过程是漫长困难的，真理是来之不易的。

2、过程与方法：过托勒密、哥白尼、第谷·布拉赫、开普勒等几位科学家对行星运动的不同相识，了解人类相识事物本质的曲折性并加深对行星运动的理解。

3、情感、看法与价值观（1）澄清对天体运动裨秘、模糊的相识，驾驭人类相识自然规律的科学方法。

（2）感悟科学是人类进步不竭的动力。

教学重点：理解和驾驭开普勒行星运动定律，相识行星的运动。

学好本节有利于对宇宙中行星的运动规律的相识，驾驭人类相识自然规律的科学方法，并有利于对人造卫星的学习。

教学难点：对开普勒行星运动定律的理解和应用，通过本节的学习可以澄清人们对天体运动神奇、模糊的相识。

教学方法：探究、讲授、探讨、练习教具打算：教学过程：第一节行星的运动（一）新课导入多媒体演示：天体运动的图片阅读。

（二）新课教学1、“地心说”和“日心说”之争2、开普勒行星运动定律运第肯定律：全部行星绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳处在椭圆的一个焦点上。

这肯定律说明白行星运动轨迹的形态，不同的行星绕大阳运行时椭圆轨道相同吗？（不同）其次定律：对随意一个行星来说，它与太阳的连线在相等时间内扫过相等的面积。

如图所示，行星沿着椭圆轨道运行，太阳位于椭圆的一个焦点上，假如时间间隔相等，即t2-t1=t4-t3，那么面积A=面积B。

由此可见，行星在远日点a 的速率最小，在近日点b的速率最大。

第三定律：全部行星的椭圆轨道的半长轴的三次方跟公转周期的平方的比值都相等。

由于行星的椭圆轨道都跟圆近似，在近似计算中，可以授课备注（教学班级的授课详细时间、老师自由调整内容、课堂教学记录等。

新人教版必修2高中物理第六章万有引力与航天《万有引力定律》学案导学第六章万有引力与航天第三节万有引力定律【学习目的】知识与技艺在开普勒第三定律的基础上，推导失掉万有引力定律，使先生对此规律有初步了解。

进程与方法经过牛顿发现万有引力定律的思索进程和卡文迪许扭秤的设计方法，浸透迷信发现与迷信实验的方法论教育。

情感态度与价值观引见万有引力恒量的测定方法，添加先生对万有引力定律的理性看法。

【教学重点】万有引力定律的推导进程，既是本节课的重点，又是先生了解的难点，所以要依据先生反映，调理解说速度及方法。

【教学难点】由于普通物体间的万有引力极小，先生对此缺乏理性看法，又无法停止演示实验，故应增强举例。

【教学课时】2课时【探求学习】引入新课前面我们曾经学习了有关圆周运动的知识，我们知道做圆周运动的物体都需求一个向心力，而向心力是一种效果力，是由物体所受实践力的合力或分力来提供的。

另外我们还知道，月球是绕地球做圆周运动的，那么我们想过没有，月球做圆周运动的向心力是由谁来提供的呢？我们再来看一个实验：我把一个粉笔头由运动释放，粉笔头会下落到空中。

实验：粉笔头自在下落。

同窗们想过没有，粉笔头为什么是向下运动，而不是向其他方向运动呢？同窗能够会说，重力的方向是竖直向下的，那么重力又是怎样发生的呢？地球对粉笔头的引力与地球对月球的引力是不是一种力呢？这个效果也是300多年前牛顿苦思冥想的效果，牛顿的结论也是：是。

既然地球对粉笔头的引力与地球对月球有引力是一种力，那么这种力是由什么要素决议的，是只要地球对物体有这种力呢，还是一切物体间都存在这种力呢？这就是我们明天要研讨的万有引力定律。

新课解说1．万有引力定律的推导首先让我们回到牛顿的年代，从他的角度停止一下思索吧。

事先〝日心说〞已在迷信界基本否认了〝地心说〞，假设以为只要地球对物体存在引力，即地球是一个特殊物体，那么势必会退回〝地球是宇宙中心〞的说法，而以为物体间普遍存在着引力，可这种引力在生活中又难以观察到，缘由是什么呢？(先生能够会答出：普通物体间，这种引力很小。

第六章 万有引力与航天一．开普勒行星运动定律第一定律：所有行星绕太阳运动的轨道都是_______，太阳处在椭圆的一个______上。

第二定律：对任意一个行星来说，它与太阳的连线在相等时间内扫过相等的_______。

第三定律：所有行星的轨道的半长轴的三次方跟公转周期的_______的比值都相等。

即： 32a k T= ，比值k 是一个与行星无关的常量。

练习题1．关于公式k TR =23，下列说法中正确的是（ ）A. 公式只适用于围绕太阳运行的行星B. 公式只适用于太阳系中的行星或卫星C. 公式适用于宇宙中所有围绕星球运行的行星或卫星D. 一般计算中，可以把行星或卫星的轨道看成圆，R 是这个圆的半径二．万有引力定律：1。

内容：自然界中任何两个物体都是相互吸引的，引力的大小跟这两个物体的 的乘积成正比，跟它们 成反比． 2。

表达式：221r m m GF =，其中r 为两质点或球心间的距离；G 为1798年由英国物理学家 利用 装置测出）2211/1067.6kg m N G ⋅⨯=-3。

适用条件：适用于相距很远，可以看做 的两物体间的相互作用，质量分布均匀的球体也可用此公式计算，其中r 指球心间的距离。

练习题2.设地球的质量为M ，地球的半径为R ，物体的质量为m ，关于物体与地球间的万有引力的说法，正确的是：（ ）A ．地球对物体的引力大于物体对地球的引力。

B ．物体距地面的高度为h 时，物体与地球间的万有引力为F=2h GMm 。

C ．物体放在地心处，因r=0，所受引力无穷大。

D ．物体离地面的高度为R 时，则引力为F=24R GMm三．万有引力定律在天文学上的应用：1。

基本方法：把天体的运动看成匀速圆周运动，其所需向心力由 提供：222Mm v G mm r r rω== 2。

在忽略天体自转影响时，天体表面的重力加速度：表面重力加速度：___________002=∴=g mg RMmG 轨道上的重力加速度：()______________2=∴=+g mg h R GMm，R 为天体半径。

6.4万有引力的成就
R
M
G
θ
m
w
r
F 向
F
引
（二）新课教学 1、地球质量
（1）练习计算：《中华一题》 已知：M 地= m= R= 求：（1）万有引力；（2）物体随地球自转的向心力；（3）比较可得什么结论？
（2）了解地球表面物体的重力与地球对物体的万有引力的关系。

多媒体投影图：物体m 在纬度为θ的位置，万有引力指向地心，分解为两个分力：m 随地球自转围绕地轴运动的向心力和重力。

给出数据：地球半径R 、纬度θ（取900
）、地球自转周期T ，计算两个分力的大小比值，引导学生得出结论：向心力远小于重力，万有引力大小近似等于重力。

因此不考虑（忽略）地球自转的影响，
2R
Mm
G mg =，地球质量： G gR M 2=
2、太阳质量
应用万有引力可算出地球的质量，能否算出太阳的质量是多少？提问：行星做圆周运动的向心力的来源是什么？是否需要考虑九大行星之间的万有引力？
总结：太阳质量远大于各个行星质量，高中阶段粗略计算，不考虑行星之间的万有引力。

设中心天体太阳质量M ，行星质量m ，轨道半径r ——也是行星与
2R
G ，地球质量G =
T r G 2⎪⎭
⎝2
GT =，3。

4．万有引力理论的成就三维目标知识与技能1．了解地球表面物体的万有引力两个分力的大小关系，计算地球质量；2．行星绕恒星运动、卫星的运动的共同点：万有引力作为行星、卫星圆周运动的向心力，会用万有引力定律计算天体的质量；3．了解万有引力定律在天文学上有重要应用。

过程与方法1．培养学生根据数据分析找到事物的主要因素和次要因素的一般过程和方法；2．培养学生根据事件的之间相似性采取类比方法分析新问题的能力与方法；3．培养学生归纳总结建立模型的能力与方法。

情感态度与价值观1．培养学生认真严禁的科学态度和大胆探究的心理品质；2．体会物理学规律的简洁性和普适性，领略物理学的优美。

教学重点1．地球质量的计算、太阳等中心天体质量的计算。

2．通过数据分析、类比思维、归纳总结建立模型来加深理解。

教学难点根据已有条件求中心天体的质量。

教学方法教师启发、引导，学生自主阅读、思考，讨论、交流学习成果。

教具准备多媒体课件教学过程［新课导入］天体之间的作用力主要是万有引力，引力常量的测出使万有引力定律有了实际意义，万有引力定律对天文学的发展起了很大的推动作用，揭示了天体运动的规律。

这节课我们将举例来学习万有引力定律在天文学上的应用。

［新课教学］一、“科学真是迷人”地球的质量是多少？这不可能用天平称量，但是可以通过万有引力定律来“称量”。

若不考虑地球自转的影响，地面上质量为m 的物体所受的重力mg 等于地球对物体的引力，即式中M 是地球的质量，R 是地球的半径，也就是物体到地心的距离。

由此得到GM ＝R 2g （黄金代换式）地面的重力加速度g 和地球半径R 在卡文迪许之前就已知道，一旦测得引力常量G ，就可以算出地球的质量M 。

卡文迪许把他自己的实验说成是“称量地球的重量”，是不无道理的。

在实验室里测量几个铅球之间的作用力，就可以称量地球，这不能不说是一个科学奇迹。

难怪一位外行人、著名文学家马克·吐温满怀激情地说：“科学真是迷人。